CN201830164U - 单相逆变器 - Google Patents

Abstract

涉及单向逆变器。一种逆变器包括：用于接收DC电压输入的输入端子、连接在输入端子之间的串联连接的电容器、连接在输入端子之间的串联连接的开关部件，其中逆变器的第一AC端子从串联连接的开关部件之间的中点形成，并且逆变器的第二AC端子从串联连接的电容器之间的中点形成，逆变器还包括连接在第一和第二AC端子之间的双向开关单元。双向开关单元包括：第一和第二二极管，它们串联并且形成二极管的第一串联连接；第三和第四二极管，它们串联并且形成二极管的第二串联连接，二极管的串联连接以相同的极性并联；与二极管的串联连接相并联的第三开关部件，第一和第二二极管之间的点连接到第二AC端子并且第三和第四二极管之间的点连接到第一AC端子。

Description

单相逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器，并且尤其涉及能够产生三电压电平的单相半桥逆变器。

背景技术

传统的连接电网的单相逆变器使用具有四个开关的全桥配置或具有两个开关的半桥配置来实现。例如这些逆变器与光电应用一起使用，在光电应用中来自太阳能面板的DC电压被转换为AC电压并且被提供给AC供电网络。

四开关全桥逆变器的缺点是电桥的DC输入和地之间的AC电压。特别在光电应用中，这种AC电压经由光电模块的杂散电容耦合到地。该电压还引起可特别导致薄膜光电模块中的老化的电流。

可以在逆变器和电网之间使用低频变压器来解决该问题。另一个方案是使用绝缘DC-DC转换器，其中可以通过增加DC-DC转换器的开关频率来减小变压器尺寸。一些国家的国家法规要求PV(光电)面板和电网之间电流隔离，但是在一些国家中不要求隔离。

文献EP1861914公开一种具有开关的半桥逆变器，其使能了在AC线路和DC链路中点之间连接的双向电流。图1示出在EP1861914中给出的结构。双向开关实现为共集电极电路，用于对半桥配置产生零电压输出以减轻DC侧的漏电流。该双向开关具有两个必须被分开控制的控制电极，根据所产生的半周的极性对每个控制电极施加不同的控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种逆变器以解决上述问题。由独立权利要求中的陈述表征的逆变器来实现本实用新型的目的。在从属权利要求中公开了本实用新型的优选实施例。

本实用新型基于简化用于提供三电平电压的已知结构的思想。利用本实用新型的逆变器实现该简化，因为只需要一个控制信号来控制该双向开关。

附图说明

下面参考附图通过优选实施例更详细地说明本实用新型，其中

图1示出现有技术的逆变器电路；

图2示出根据本实用新型优选实施例的电路；

图3示出本实用新型的另一个实施例；以及

图4示出具有三电平升压电路的本实用新型的实施例。

具体实施方式

图2示出DC-DC转换器2向本实用新型的逆变器提供DC电压的实施例。利用电容器C1、C2的串联连接来分压对该逆变器的输入DC电压。串联连接的端子形成该逆变器的输入端子3、4。在输入端子之间还连接串联连接的半导体开关s1、s2，并且这些开关被操作用于形成交流电压给输出端子5、6。第一输出端子5由开关部件s1和s2之间的点形成。因此开关部件被操作用于传导正输入DC电压或负输入DC电压给第一输出端子5。

第二输出端子6由电容器C1、C2之间的点形成。第二输出端子的电压对于供给第一输出端子的电压电平基本固定。图2还示出第二输出端子进一步连接到地，从而使第一输出端子的电压对于第二输出端子为正或为负。

图2中的逆变器被示出为连接到用于供电的电网。该电网被符号化为交流电压Vline。逆变器的输出经由电感部件L1连接到电网，电感部件L1用于对所产生的电流和电压波形滤波。图2中所示产生DC电压给电路的DC电压源8被示出为串联连接的光电面板或太阳能电池。该面板具有对地的寄生电容，图2中也将该寄生电容符号化为用虚线绘出的电容器。

为了产生三电平的电压，本实用新型的逆变器包括双向开关单元7。该单元被操作用于向逆变器的输出提供零电压电平。双向开关单元将电容器之间的中点，也就是第二输出端子6，连接到第一输出端子5。在图2的实施例中，双向开关单元7由四个二极管和一个可控开关部件s3形成。

在开关单元中，第一二极管D1和第二二极管D2与第三二极管D3和第四二极管D4类似地串联连接。这两个串联连接进一步以相同的极性并联连接。与串联连接的二极管相并联，连接有受控开关部件s3，部件s3例如可以是IGBT或Mosfet部件。该开关部件的极性使得流过二极管的电流也流过导通状态的该受控开关部件。

双向开关单元形成二极管电桥，该电桥使电流能够从第一输出端子5流到第二输出端子6或者从第二输出端子流到第一输出端子。如果对电网的电流方向是从第一输出端子到电感部件并且将零电压状态选择为输出电压，则通过第二二极管D2、开关s3和第三二极管D3从电容器之间的中点引出该电流。如果对负载的电流方向相反，则电流经由第四二极管D4、开关部件s3和第一二极管D1流动。因此无论电流方向是什么，二极管都将电流以正确的方向引向开关部件。

为了产生逆变器的零电压输出，接通开关s3并且将第一输出端子5和第二输出端子6相互连接。由于第二输出端子6具有零电压，所以第一输出端子5也呈现该电压。由于在使用中采用零电压状态时不必考虑负载中的电流方向，所以双向开关的控制是简单的。

图3示出本实用新型的另一个实施例。图3的实施例不同于图2的实施例之处在于通过使用两个可控开关部件s13、s14和两个二极管D13、D14实现双向开关。二极管D13、D14与各自的开关部件s13、s14串联连接，并且这两个串联连接进一步彼此反并联。二极管用于阻挡反向电压，否则反向电压会有害于开关部件。双向开关单元将第一和第二输出端子连接在一起。为了简化逆变器，可以对开关部件s13、s14二者施加相同的控制信号。这样只需要一个驱动电路并且不需要考虑电流方向。

图4示出本实用新型的一个实施例，其中DC-DC转换器被实现为三电平的升压转换器。这种升压转换器的结构同样是已知的。用已知的方式将升压转换器的开关s31、s32调制以产生期望的电压电平。对于本实用新型的逆变器，升压转换器用于将所提供的DC电压升压到用于该逆变器部分的适当电平。当逆变器向电网供电时，输入端子3、4之间的电压应该高于电网的峰-峰电压。

升压转换器的另一个目的是平衡电容器的电压，即保持电容器C1和C2的电压被充电到相同的电压。如果该电压不平衡，则可以根据开关s31、s32的操作，连接来自DC源的电压，从而以期望的方式对电容器充电。例如，可以通过控制开关s31为导通状态并且控制开关s32为截止状态来对电容器C2充电。类似地，可以通过接通开关s32并关断开关s31来连接DC源的电压以作用在电容器C1上。

对于图3和图4，以上仅对不同于上述图2的部分进行了说明。对于对应的特征，在图3和图4中使用相同的参考标号。

在图中，将DC电压的源表示为太阳能电池或面板的阵列。然而，显然本实用新型的逆变器可以用于任何类型的DC电压源。

作为技术进步，可以用各种方式实现本实用新型的概念，这对本领域的技术人员来说是明显的。本实用新型及其实施例不局限于上述例子。

Claims (7)

1.一种逆变器，包括：用于接收DC电压输入的输入端子(3，4)、连接在所述输入端子之间的串联连接的电容器(C1，C2)、连接在所述输入端子(3，4)之间的串联连接的开关部件(S1，S2)，其中所述逆变器的第一AC端子(5)从所述串联连接的开关部件(S1，S2)之间的中点形成，并且所述逆变器的第二AC端子(6)从所述串联连接的电容器(C1，C2)之间的中点形成，所述逆变器还包括连接在所述第一和第二AC端子之间的双向开关单元(7)，所述逆变器的特征在于，所述双向开关单元(7)包括：

第一和第二二极管(D1，D2)，串联连接并且形成二极管的第一串联连接；

第三和第四二极管(D3，D4)，串联连接并且形成二极管的第二串联连接，二极管的所述串联连接以相同的极性并联连接；

与二极管的所述串联连接相并联的第三开关部件(S3)，所述第一和第二二极管之间的点连接到所述第二AC端子(6)并且所述第三和第四二极管之间的点连接到所述第一AC端子(5)。

2.一种逆变器，包括：用于接收DC电压输入的输入端子(3，4)、连接在所述输入端子之间的串联连接的电容器(C1，C2)、连接在所述输入端子(3，4)之间的串联连接的开关部件(S1，S2)，其中所述逆变器的第一AC端子(5)从所述串联连接的开关部件(S1，S2)之间的中点形成，并且所述逆变器的第二AC端子(6)从所述串联连接的电容器(C1，C2)之间的中点形成，所述逆变器还包括连接在所述第一和第二AC端子之间的双向开关单元(7)，所述逆变器的特征在于，所述双向开关单元(7)包括：

开关部件(S13，S14)和二极管(D13，D14)的两个串联连接，这两个串联连接相互反并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述双向开关单元(7)适于使用一个控制信号被控制。

4.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括DC-DC转换器，该DC-DC转换器的输出连接到所述逆变器的所述输入端子(3，4)。 

5.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，所述DC-DC转换器是三电平的升压转换器。

6.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，所述DC-DC转换器适于平衡所述串联连接的电容器(C1，C2)的电压。

7.根据权利要求1或2所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器包括一个或多个光电电池作为DC电压源。 

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